EVM Paralelo: Uma Nova Direção para Superar o Gargalo de Desempenho da Blockchain

O desempenho tornou-se um gargalo para o desenvolvimento adicional da indústria de Blockchain. A rede Blockchain criou uma nova base de confiança descentralizada para indivíduos e empresas realizarem transações.

A primeira geração de redes blockchain, representada pelo Bitcoin, inaugurou um novo modelo de transações eletrônicas descentralizadas através da contabilidade distribuída. A segunda geração de redes blockchain, representada pelo Ethereum, aproveitou plenamente a imaginação, propondo a realização de aplicações descentralizadas através de máquinas de estado distribuídas (dApp).

Desde então, a rede Blockchain iniciou a sua própria história de rápido desenvolvimento ao longo de mais de uma década, desde a infraestrutura Web3 até várias áreas representadas por DeFi, NFT, redes sociais e GameFi, resultando em inúmeras inovações tecnológicas ou modelos de negócios. O florescimento da indústria necessita de atrair constantemente novos usuários para participar na construção do ecossistema de aplicações descentralizadas, o que, por sua vez, impõe exigências mais elevadas à experiência do produto.

E o Web3, como uma nova forma de produto "sem precedentes", não só precisa inovar para atender às necessidades dos usuários ( necessidades funcionais ), mas também deve considerar como equilibrar segurança e desempenho ( necessidades não funcionais ). Desde o seu nascimento, várias soluções foram propostas para tentar resolver os problemas de desempenho.

Essas soluções podem ser divididas em duas categorias: uma é a solução de escalabilidade em blockchain, como (sharding) e (DAG); a outra é a solução de escalabilidade fora da blockchain, como Plasma, Lightning Network, sidechains e Rollups. Mas isso ainda está muito aquém do rápido crescimento das transações em blockchain.

Especialmente após a DeFi Summer de 2020 e a explosão contínua das inscrições no ecossistema Bitcoin no final de 2023, a indústria necessita urgentemente de novas soluções para melhorar o desempenho e atender aos requisitos de "alto desempenho e baixas taxas". Os blockchains paralelos nasceram nesse contexto.

Visão Geral da Narrativa EVM Paralela

A narrativa do EVM paralelo marca a formação de um cenário competitivo de duas potências na área das Blockchains paralelas. O processamento de transações do Ethereum é serial, com transações a serem executadas uma após a outra, resultando em uma baixa taxa de utilização dos recursos. Se a abordagem de processamento serial for transformada em processamento paralelo, isso trará um grande aumento de desempenho.

Os concorrentes do Ethereum, como Solana, Aptos e Sui, possuem capacidades de processamento paralelo integradas e seus ecossistemas também estão bem desenvolvidos, com uma capitalização de mercado de circulação dos tokens atingindo 45 bilhões, 3,3 bilhões e 1,9 bilhões de dólares, formando o campo não EVM paralelo. Diante do desafio, o ecossistema do Ethereum também não se deixou abater, com várias iniciativas para capacitar o EVM, formando assim o campo EVM paralelo.

Uma exchange anunciou de forma destacada em sua proposta de atualização da versão v2 que se tornará a "primeira Blockchain EVM paralela", com um valor de mercado circulante atual de 2,1 bilhões de dólares, prevendo um desenvolvimento ainda maior. A nova Blockchain pública EVM paralela Monad, que atualmente está em alta nas campanhas de marketing, é muito valorizada pelo capital, e seu potencial não deve ser subestimado. Além disso, a L1 Blockchain Canto, que possui uma infraestrutura pública gratuita, também anunciou sua proposta de atualização EVM paralela, com um valor de mercado de 170 milhões de dólares.

Além disso, vários projetos L2 que ainda estão em fase inicial também estão oferecendo melhorias de desempenho entre ecossistemas ao integrar as capacidades de várias cadeias L1. Exceto por um projeto que alcançou um valor de mercado circulante de 69 milhões de dólares, os outros projetos ainda carecem de dados relevantes. Acredita-se que mais projetos L1 e L2 surgirão para se juntar ao campo de batalha do Blockchain em paralelo.

Não apenas a narrativa EVM paralela tem um grande espaço de crescimento no mercado, mas também o setor de blockchain paralelo ao qual pertence a narrativa EVM paralela ainda tem um grande espaço de crescimento no mercado, portanto, as perspectivas de mercado são amplas.

Atualmente, o valor de mercado total em circulação do L1 e L2 é de 7521,23 bilhões de dólares, enquanto o valor de mercado em circulação de blockchains paralelas é de 525,39 bilhões de dólares, representando apenas cerca de 7%. Dentre estes, o valor de mercado em circulação dos projetos relacionados à narrativa EVM paralela é de 23,39 bilhões de dólares, o que corresponde a apenas 4% do valor de mercado em circulação das blockchains paralelas.

Classificação de Projetos Narrativos EVM Paralelos

A indústria geralmente divide a rede Blockchain em 4 camadas.

1. Layer 0( rede): Blockchain camada base, processando os protocolos de comunicação de rede básicos.
2. Layer 1( infraestrutura): rede descentralizada que depende de vários mecanismos de consenso para validar transações
3. Layer 2( expansão ): depende de vários protocolos de segunda camada do Layer 1, destinados a resolver várias limitações do Layer 1, especialmente a escalabilidade.
4. Camada 3( aplicação ): depende da Camada 2 ou Camada 1, usada para construir várias aplicações descentralizadas ( dApp )

Os projetos de narrativa EVM paralela são principalmente divididos em blockchains monolíticos e blockchains modularizados, onde os blockchains monolíticos são subdivididos em L1 e L2. A partir do número total de projetos e do desenvolvimento de várias principais trilhas, pode-se observar que os ecossistemas de blockchains públicas L1 EVM paralelas ainda têm muito espaço para desenvolvimento em comparação com o ecossistema Ethereum.

O setor DeFi tem a demanda de "alta velocidade e baixas taxas", enquanto o setor de jogos tem a demanda de "forte interação em tempo real", ambos exigindo certa velocidade de execução. O EVM paralelo certamente proporcionará uma melhor experiência ao usuário para esses projetos, impulsionando o desenvolvimento do setor para uma nova fase.

L1 é uma nova blockchain com capacidade de execução paralela integrada, sendo uma infraestrutura de alto desempenho. Dentro da categoria L1, projetos como v2 de uma determinada exchange, Monad e Canto representam aqueles que projetam autonomamente EVMs paralelas, compatíveis com o ecossistema Ethereum e que oferecem alta capacidade de processamento de transações.

O L2 fornece capacidade de escalabilidade para colaborações inter-ecossistemas ao integrar as capacidades de outras cadeias L1, sendo uma abordagem proeminente para rollups. Dentro desse grupo L2, um projeto é um simulador EVM na rede Solana, e o Eclipse utiliza a Solana para executar transações, mas realiza a liquidação na EVM. O Lumio é semelhante ao Eclipse, apenas trocando a camada de execução pela Aptos.

Para além das soluções de blockchain monolíticas mencionadas acima, a Fuel apresentou a sua própria abordagem modular de blockchain. Na segunda versão, irá posicionar-se como um sistema operativo de rollup do Ethereum, oferecendo capacidades de execução modular mais flexíveis e completas.

Fuel foca na execução de transações, enquanto terceiriza o restante para uma ou mais blockchains de camadas independentes, permitindo uma combinação mais flexível: pode ser tanto L2 quanto L1, ou mesmo uma sidechain ou canal de estado. Atualmente, o ecossistema Fuel possui 17 projetos, concentrando-se principalmente em DeFi, NFT e infraestrutura.

No entanto, apenas o oráculo cross-chain Orally já foi aplicado na prática. A plataforma de empréstimos descentralizados Swaylend e a plataforma de negociação de contratos perpétuos SPARK estão na rede de testes, outros projetos ainda estão em desenvolvimento.

Princípios da tecnologia EVM paralela

Para realizar a execução de transações descentralizadas, a rede Blockchain deve cumprir 4 responsabilidades:

• Execução: executar e validar transações
• Disponibilidade de dados: distribuir novos blocos a todos os nós da rede Blockchain
• Mecanismo de consenso: validar blocos, alcançar consenso
• Liquidação: Liquidar e registar o estado final da transação

O EVM paralelo é principalmente uma otimização de desempenho da camada de execução. Isso é dividido em duas soluções: uma solução de rede de camada 1 (L1) e uma solução de rede de camada 2 (L2). A solução L1 introduz um mecanismo de execução paralela de transações, permitindo que as transações sejam executadas o mais paralelamente possível na máquina virtual. A solução L2 é, essencialmente, a utilização da máquina virtual L1 já paralelizada para implementar um certo grau de "execução off-chain + liquidação on-chain".

Portanto, para entender os princípios técnicos do EVM paralelo, devemos desconstruí-lo: primeiro entender o que é uma máquina virtual (virtual machine) e depois entender o que é a execução paralela (parallel execution).

Máquina Virtual

Na ciência da computação, uma máquina virtual refere-se à virtualização ( ou emulação ) de um sistema de computador.

As máquinas virtuais são divididas em duas categorias, uma chamada de máquina virtual de sistema (system virtual machine), que pode virtualizar uma máquina física em várias máquinas, executando múltiplos sistemas operacionais, aumentando assim a utilização de recursos. A outra é chamada de máquina virtual de processo (process virtual machine), que fornece abstração para algumas linguagens de programação de alto nível, permitindo que os programas de computador escritos nessa linguagem sejam executados de forma independente de plataforma em diferentes plataformas.

JVM é uma máquina virtual de processo projetada para a linguagem de programação Java. Os programas escritos na linguagem Java são primeiro compilados em bytecode Java (, que é um código binário em um estado intermediário ). O bytecode Java é interpretado e executado pela JVM: a JVM envia o bytecode para o interpretador, que o traduz em código de máquina em diferentes máquinas e, em seguida, é executado na máquina.

A máquina virtual de blockchain é um tipo de máquina virtual de processo. No contexto da blockchain, a máquina virtual refere-se à virtualização de uma máquina de estados distribuídos, usada para executar contratos de forma distribuída e rodar dApps. Comparando com a JVM, a EVM é uma máquina virtual de processo projetada para a linguagem Solidity, onde os contratos inteligentes são primeiro compilados em bytecode opcode e, em seguida, interpretados e executados pela EVM.

As novas blockchains emergentes além do Ethereum, ao implementar suas próprias máquinas virtuais, utilizam mais frequentemente máquinas virtuais baseadas em código de bytes WASM ou eBPF. WASM é um formato de código de bytes pequeno, de carregamento rápido, portátil e baseado em um mecanismo de segurança sandbox, permitindo que os desenvolvedores escrevam contratos inteligentes em várias linguagens de programação, como C, C++, Rust, Go, Python, Java e até mesmo TypeScript, e depois compilem em código de bytes WASM para execução. Os contratos inteligentes executados em uma blockchain de uma exchange utilizam exatamente esse formato de código de bytes.

eBPF é a evolução do BPF(Berkeley Packet Filter, o filtrador de pacotes de Berkeley), que originalmente era utilizado para filtragem eficiente de pacotes de dados de rede, e após a evolução formou o eBPF, oferecendo um conjunto de instruções mais rico.

É uma tecnologia revolucionária que permite a intervenção dinâmica e a modificação do comportamento do núcleo do sistema operativo sem alterar o código-fonte. Posteriormente, esta tecnologia saiu do núcleo e desenvolveu um runtime eBPF em espaço de utilizador, com alto desempenho, segurança e portabilidade. Os contratos inteligentes executados na Solana são compilados em bytecode eBPF e executados na sua Blockchain.

E nas outras blockchains L1, Aptos e Sui usam a linguagem de programação de contratos inteligentes Move, compilando para um bytecode exclusivo que é executado na máquina virtual Move. A Monad, por sua vez, projetou uma máquina virtual compatível com o bytecode opcode EVM (Shanghai fork).

( Mecanismo de Execução Paralela

A execução paralela é uma tecnologia assim:

1. Ser capaz de tirar proveito das vantagens dos processadores multicore para processar várias tarefas simultaneamente, aumentando a capacidade de transferência do sistema;
2. Garantir que o resultado da transação obtido é exatamente o mesmo que quando as transações são executadas em série, na ordem.

A quantidade de transações processadas por segundo (TPS) em uma rede de Blockchain, ), é um indicador técnico usado para medir a velocidade de processamento. O mecanismo de execução paralela é bastante complexo e também exige um alto nível técnico dos desenvolvedores, o que torna a explicação não tão fácil. Abaixo, começaremos com um exemplo de um "banco" para explicar o que é a execução paralela.

Primeiro, o que é execução em série?

Situação 1: Se considerarmos o sistema como um banco e o CPU que processa tarefas como um balcão, então a execução serial de tarefas é como se este banco tivesse apenas um balcão a tratar de negócios. Neste momento, os clientes que vão ao banco para fazer negócios, tarefa (, só podem formar uma longa fila, atendendo um por um. Para cada cliente, o funcionário do balcão tem que repetir as mesmas ações ) executar instruções ### para atender o cliente. Enquanto não for a sua vez, o cliente só pode esperar, o que causa um prolongamento do tempo de transação.

Então, o que é a execução paralela?

Situação 2: Neste momento, o banco vê que está cheio e abre mais alguns balcões para processar negócios. Com 4 atendentes a trabalhar nos balcões ao mesmo tempo, a velocidade é cerca de 4 vezes mais rápida do que antes, então o tempo de espera dos clientes é reduzido para cerca de 1/4 do original, melhorando a velocidade de atendimento do banco.

Se não houver proteção, o que acontece se duas pessoas enviarem dinheiro para outra pessoa ao mesmo tempo?

Situação 3: A, B e C são três pessoas, cujas contas têm 2 ETH, 1 ETH e 0 ETH, respetivamente. Agora A e B querem transferir 0.5 ETH para C. Em um sistema de execução de transações em série, não haverá nenhum problema ( a seta esquerda "\u003c=" representa a leitura do livro-razão, a seta direita "=\u003e" representa a escrita no livro-razão, e assim por diante ):

1. A \u003c= 2 ETH
2. A => 1.5 ETH
3. C <= 0 ETH
4. C => 0.5 ETH
5. B <= 1